什么是激光與激光技術(shù) 1

    ——激光，是一種自然界原本不存在的，因受激而發(fā)出的具有方向性好、亮度高、單色性好和相干性好等特性的光。物理學(xué)家把產(chǎn)生激光的機(jī)理溯源到1917年愛(ài)因斯坦解釋黑體輻射定律時(shí)提出的假說(shuō)，即光的吸收和發(fā)射可經(jīng)由受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射三種基本過(guò)程。眾所周知，任何一種光源的發(fā)光都與其物質(zhì)內(nèi)部粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)處于低能級(jí)上的粒子（原子、分子或離子）吸收了適當(dāng)頻率外來(lái)能量（光）被激發(fā)而躍遷到相應(yīng)的高能級(jí)上（受激吸收）后，總是力圖躍遷到較低的能級(jí)去，同時(shí)將多余的能量以光子形式釋放出來(lái)。如果光是在沒(méi)有外來(lái)光子作用下自發(fā)地釋放出來(lái)的（自發(fā)輻射），此時(shí)被釋放的光即為普通的光（如電燈、霓虹燈等），其特點(diǎn)是光的頻率大小、方向和步調(diào)都很不一致。但如果是在外來(lái)光子直接作用下由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)將多余的能量以光子形式釋放出來(lái)（受激輻射），被釋放的光子則與外來(lái)的入射光子在頻率、位相、傳播方向等方面完全一致，這就意味著外來(lái)光得到了加強(qiáng)，我們稱(chēng)之為光放大。顯然，如果通過(guò)受激吸收，使處于高能級(jí)的粒子數(shù)比處于低能級(jí)的越多（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)），這種光的放大現(xiàn)象就越明顯，這時(shí)就有可能形成激光了。  

    激光之所以被譽(yù)為神奇的光，是因?yàn)樗衅胀ü馑耆痪邆涞乃拇筇匦浴?nbsp; 

    1.方向性好 

    普通光源（太陽(yáng)、白熾燈或熒光燈）向四面八方發(fā)光，而激光的發(fā)光方向可以限制在小于幾個(gè)毫弧度立體角內(nèi)（圖8-9），這就使得在照射方向上的照度提高千萬(wàn)倍。激光準(zhǔn)直、導(dǎo)向和測(cè)距就是利用方向性好這一特性。 

   2.亮度高  

    激光是當(dāng)代最亮的光源，只有氫彈爆炸瞬間強(qiáng)烈的閃光才能與它相比擬。太陽(yáng)光亮度大約是103瓦／（厘米2.球面度），而一臺(tái)大功率激光器的輸出光亮度經(jīng)太陽(yáng)光高出7～14個(gè)數(shù)量級(jí)。這樣，盡管激光的總能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小點(diǎn)處產(chǎn)生高壓和幾萬(wàn)攝氏度甚至幾百萬(wàn)攝氏度高溫。激光打孔、切割、焊接和激光外科手術(shù)就是利用了這一特性。  

    3.單色性好  

    光是一種電磁波。光的顏色取決于它的波長(zhǎng)。普通光源發(fā)出的光通常包含著各種波長(zhǎng)，是各種顏色光的混合。太陽(yáng)光包含紅、登、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色的可見(jiàn)光及紅外光、紫外光等不可見(jiàn)光。而某種激光的波長(zhǎng)，只集中在十分窄的光譜波段或頻率范圍內(nèi)。如氦氖激光的波長(zhǎng)為632.8納米，其波長(zhǎng)變化范圍不到萬(wàn)分之一納米。由于激光的單色性好，為精密度儀器測(cè)量和激勵(lì)某些化學(xué)反應(yīng)等科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了極為有利的手段。 

    4.相干性好  

    干涉是波動(dòng)現(xiàn)象的一種屬性。基于激光具有高方向性和高單色性的特性，它必然相干性極好。激光的這一特性使全息照相成為現(xiàn)實(shí)。 

    所謂激光技術(shù)，就是探索開(kāi)發(fā)各種產(chǎn)生激光的方法以及探索應(yīng)用激光的這些特性為人類(lèi)造福的技術(shù)的總稱(chēng)。自1960年美國(guó)研制成功世界上第一臺(tái)紅寶石激光器，我國(guó)也于1961年研制成功國(guó)產(chǎn)首臺(tái)紅寶石激光器以來(lái)，激光技術(shù)被認(rèn)為是20世紀(jì)繼量子物理學(xué)、無(wú)線(xiàn)電技術(shù)、原子能技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)之后的又一重大科學(xué)技術(shù)新成就。